吸水膨脹率是人造板的一項(xiàng)極為重要的質(zhì)量指標(biāo)。在實(shí)踐中,不會(huì)有什么機(jī)會(huì)將人造板泡在水中使用,而且在結(jié)構(gòu)考慮中,厚度膨脹值也并非是重要問(wèn)題。然而這卻是一種快速的測(cè)量方法,以大致判明人造板在使用中含水率隨空氣濕度發(fā)生變化時(shí)的尺寸穩(wěn)定性。這對(duì)人造板的例行質(zhì)量檢驗(yàn)及生產(chǎn)中質(zhì)量控制有很大利用價(jià)值。
人造板在使用過(guò)程中因受空氣濕度變化的影響,它的含水率、厚度和長(zhǎng)度會(huì)有所變化,并且產(chǎn)生翹曲。這是材料性能中極為重要的一個(gè)問(wèn)題,有很多人做過(guò)大量的研究工作。本文僅以刨花板為例,闡述人造板的吸水厚度膨脹問(wèn)題。
Johneon(1964年)的試驗(yàn)結(jié)果表明,刨花板在濕空氣中的厚度膨脹值及長(zhǎng)度膨脹值呈基本相同的趨勢(shì)。西德Schwab等(1980年)將不同膠種刨花板詳細(xì)的作了浸水和在干、濕空氣中放置后的厚度及長(zhǎng)度膨脹試驗(yàn),相互進(jìn)行比較,發(fā)現(xiàn)就厚度膨脹率而論,25×25mm規(guī)格的試件在200C水中浸泡2小時(shí)后的厚度膨脹率大致相當(dāng)于該試件在濕空氣(200C,相對(duì)濕度85%)中放置28天的厚度膨脹率。據(jù)希臘Grigoriou(1983年)研究,各種刨花板放在溫度為200C,相對(duì)濕度為90%的濕空氣中放置時(shí),前10天厚度變化最快,第10~30天變化速度顯著減緩,再?gòu)?/span>30~60天看這段時(shí)間的變化,變得更慢。還有人將刨花板放在相對(duì)濕度為33%-90%-33%的空氣中反復(fù)讓其受濕后再干燥,經(jīng)過(guò)7天,然后再在相對(duì)濕度為65%-90%-65%的條件下放置到170天,試驗(yàn)表明刨花板的厚度變動(dòng)范圍越來(lái)越小。以上各種結(jié)果都說(shuō)明,以25×25mm的試件在200C水中浸2小時(shí)的厚度膨脹率相當(dāng)于在濕空氣中放置60天時(shí)間之內(nèi)的數(shù)值,一般情況下,我們就取28天以做比較。事實(shí)上,空氣濕度是不斷變化的,通過(guò)以上試驗(yàn),可見(jiàn),用這種水浸2小時(shí)的方法以預(yù)示刨花板的尺寸穩(wěn)定性有充分的科學(xué)依據(jù)。此外,在國(guó)際上對(duì)刨花板尺寸穩(wěn)定性還有各種各樣的測(cè)定法,這是因?yàn)橛行﹪?guó)家在刨花板應(yīng)用條件及氣候條件方面有其自身的特殊性。這里所介紹的僅是用25×25mm規(guī)格的試件在200C下水浸2小時(shí)這一試驗(yàn)方法的科學(xué)依據(jù)。
如何改善刨花板的吸水厚度膨脹這一課題,在刨花板生產(chǎn)質(zhì)量控制中,如與靜曲強(qiáng)度及平面抗拉強(qiáng)度比較,一直認(rèn)為比較困難。在一般情況下,加入石蠟乳液后,刨花板的吸水厚度膨脹率這一指標(biāo)是可以達(dá)到的。但是,偶然出現(xiàn)的高厚度膨脹率的機(jī)會(huì)較多,而且難以分析其原因。
吸水厚度膨脹的根本原因有二個(gè)方面。一是木材本身受濕時(shí)的膨脹;二是刨花板中的刨花在受潮時(shí)因應(yīng)力釋放而產(chǎn)生的回彈。因?yàn)?b>刨花板是由刨花在熱壓過(guò)程中,受高溫,并且伴隨著強(qiáng)烈失水的條件下壓制而成。在這樣的壓制過(guò)程中,刨花被壓薄了。而被壓薄的部分,可分為幾種不同性質(zhì)的變形。彈性變形和粘彈性變形是要彈回來(lái)的;塑性變形則不能再回彈。在力學(xué)中稱前二者為可恢復(fù)的變形,后者稱為不可恢復(fù)的變形。由于刨花的熱壓時(shí)是在失水的條件下受壓變形的,當(dāng)板坯壓力降低時(shí),因刨花已經(jīng)干燥,于是可恢復(fù)的變形只能是一部分,有一部分被“固定”住了。這部分被“固定”住的變形只有在刨花重新受濕時(shí)才能彈回來(lái)。此外,還有相當(dāng)數(shù)量的可恢復(fù)變形并未因干燥而“固定”住,而是因膠粘劑將刨花粘住,相互間產(chǎn)生抑制力而無(wú)法回彈,只有在膠粘劑的膠粘力遭到破壞,膠粘力小于回彈力時(shí)才能回彈。所以廣義的回彈分為三部分:(1)熱壓一完成,既未被膠粘力所抑制,也未因刨花干燥而被“固定”的回彈。了解這部分回彈對(duì)于刨花板的厚度偏差控制具有重要作用。有關(guān)控制刨花板厚度偏差的主要因素,很多實(shí)際上是控制回彈量的因素。(2)當(dāng)板子受濕時(shí),被干燥所“固定”的變形發(fā)生回彈,這就是刨花板在200C條件下浸水試驗(yàn)中所表現(xiàn)出來(lái)的主要部分。(3)當(dāng)刨花板在較高溫度的水中浸泡或溫度雖不高,但時(shí)間很長(zhǎng),因脲醛樹脂水解逐漸失去膠結(jié)力,回彈力克服膠結(jié)力后所引起的回彈。
正因?yàn)?b>刨花板的刨花是受過(guò)壓縮的,所以刨花板的吸水厚度膨脹率比木材本身吸水厚度膨脹率大的多。德國(guó)Teichgraber(1966年)曾做了一個(gè)試驗(yàn):將刨花板放在30%相對(duì)濕度的空氣中平衡,然后再放到80%相對(duì)濕度的空氣中平衡,刨花板含水率由6%變?yōu)?/span>18%,厚度膨脹率為4-9%,而木材本身在相應(yīng)試驗(yàn)中厚度方向膨脹率僅為2%。
以上談的是刨花板吸水厚度膨脹的二個(gè)來(lái)源。另一個(gè)影響刨花板吸水厚度膨脹率的重要因素是刨花板的空隙量、毛細(xì)管量的多少。在無(wú)數(shù)實(shí)踐中,都觀察到這一影響。1972年,美國(guó)人Lehmann發(fā)表了一篇著名了論文,證明了各種纖維板及刨花板的空隙量與透水、透氣性有相當(dāng)?shù)年P(guān)系,而透水、透氣性又與板的尺寸穩(wěn)定性有關(guān)聯(lián)。
以往有很多學(xué)者做了大量研究刨花板吸水厚度膨脹的工作,試圖從板的密度、刨花幾何形狀、熱壓條件等方面找出降低厚度膨脹的規(guī)律,但是所得到的結(jié)果往往互相矛盾,難以說(shuō)明問(wèn)題。在我們分析了這些問(wèn)題后,似乎感到了應(yīng)該從回彈-膠-孔隙這三者相互影響和制約的關(guān)系中著手,遺憾的是目前還未找出它們之間的定量關(guān)系。
在降低刨花板吸水厚度膨脹的途徑中,比較明確的方法有以下幾種上:
1、 加入防水劑(一般用石蠟乳液)
對(duì)于脲醛刨花板所加入的石蠟乳液,在國(guó)外,按固體石蠟對(duì)絕干刨花板計(jì),一般為0.5%左右。這個(gè)用量是經(jīng)過(guò)研究及大量實(shí)踐才為大家所接受的。加0.25%的石蠟就能大幅度降低厚度膨脹值;當(dāng)用量增加到0.5%、0.75%時(shí),其厚度膨脹值并未再度出現(xiàn)大幅度下降的現(xiàn)象。
不過(guò)在特殊情況下,如對(duì)某一樹種,或工藝上處理不當(dāng)時(shí),添加0.5%的石蠟量則不能達(dá)到“標(biāo)準(zhǔn)”所規(guī)定的要求。
石蠟乳液如何才能充分發(fā)揮其作用?了解其中的施蠟機(jī)理對(duì)分析生產(chǎn)中出現(xiàn)的問(wèn)題有很大幫助。比如用脲醛膠做膠粘劑時(shí),只需加入少量石蠟乳液(一般為0.5%)即可,如此少量的石蠟乳液如不合理噴施,將起不到什么防水作用。因此,通常是將石蠟乳液混在膠液中一起施加,以擴(kuò)大石蠟乳液的噴灑面積。然而石蠟乳液的比重(0.86~0.92)與膠液的比重(1.20~1.30)相差很大,要均勻混合很困難,且如果噴出的膠滴大小與石蠟乳液液滴大小比例不合適的話,膠滴便很難帶著石蠟乳液液滴均勻分布在刨花上。一般噴出的膠滴直徑為0.1mm,有時(shí)到0.2mm,石蠟乳液顆粒為10微米左右,那么每個(gè)膠滴平均含150個(gè)左右的石蠟乳滴。如果膠滴顆粒直徑小于0.06mm,就很難將石蠟乳滴全包住在內(nèi)了。
在熱壓過(guò)程中,膠滴受到擠壓,石蠟乳滴會(huì)移向膠滴的邊緣,并有一部分石蠟乳滴相互靠近在一起,隨著壓力的增大,將膠滴擠破,在膠滴內(nèi)的石蠟乳滴也會(huì)被擠破。此時(shí),周圍溫度正好使石蠟熔融,則熔融的石蠟因與水溶性膠的表面張力不同,就被膠液擠出到刨花表面而形成一層很薄的蠟?zāi)?,起到防水作用。所以合理的施蠟條件應(yīng)該是:石蠟乳液濃度為33~60%,石蠟液滴直徑為4~14微米;受擠壓后所破裂的石蠟液滴直徑應(yīng)為噴出時(shí)直徑的1/8~1/10;石蠟乳液滴被壓碎之時(shí)正好在石蠟熔融溫度與膠液固化之前這一階段。假如在熱壓中因壓力和溫度配合不當(dāng),膠顆粒在未壓破之前就已固化,則石蠟將被包在膠滴中,有時(shí)會(huì)損失20~30%的石蠟。這也提示人們,為什么壓縮比低的輕質(zhì)刨花板,或者用厚刨花制成的刨花板,它們的厚度吸水膨脹率總是高的。膠液沒(méi)有受到一定的擠壓作用,往往得不到應(yīng)有的防水性能,這也是中纖板不用石蠟乳液,而直接用固體石蠟的原因。
2、 木材原料不同,吸水厚度膨脹率有很大差異
刨花板廠用某些材種制板時(shí),需要特別注意一些特定環(huán)節(jié)。如楊木,雖然在制板中也加入正常用量的石蠟乳液,但吸水厚度膨脹率往往較高。這是由于其管孔和導(dǎo)管空隙很大,而且在刨片過(guò)程中,易于起毛,割裂和卷曲,使板的空隙及毛細(xì)管量增大等原因引起的。楊木早晚材的材質(zhì)差異使刨片時(shí)刨花厚薄偏差很大,導(dǎo)致板的吸水厚度膨脹率增大,如果加工這類原料,就要留神備料工段的操作,如刀片要鋒利、原料含水率要適當(dāng)。如仍難以達(dá)到“標(biāo)準(zhǔn)”所規(guī)定的吸水厚度膨脹率,只好相應(yīng)地提高用膠量。
3、 提高用膠量
以如上述,提高用膠量,對(duì)刨花的回彈產(chǎn)生更大的抑制作用,吸水厚度膨脹值必定相應(yīng)減小。這不論對(duì)松木或楊木都有顯著作用。
另外,有一些研究表明,對(duì)刨花板進(jìn)行高溫?zé)崽幚恚?/span>1550C~1800C)或無(wú)必要的延長(zhǎng)熱壓時(shí)間,刨花拌膠后放置時(shí)間過(guò)長(zhǎng)、含水率過(guò)低,壓機(jī)上升速度過(guò)慢,熱壓溫度過(guò)高等都會(huì)促使刨花板的吸水厚度膨脹率增高。因此,這些都是生產(chǎn)中需要注意的。板子熱壓后進(jìn)行熱堆放(800C),不但有利于其內(nèi)應(yīng)力的釋放,還有利于吸水厚度膨脹性質(zhì)的改善(平面抗拉強(qiáng)度可能有某種程度的下降)。所以熱壓后適當(dāng)熱堆放也是改善刨花板吸水厚度膨脹率的可行辦法之一。